EP0062103A1 - Prism coupler for engaging and/or disengaging radiation to or from an optical wave guide - Google Patents

Prism coupler for engaging and/or disengaging radiation to or from an optical wave guide Download PDF

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EP0062103A1
EP0062103A1 EP81108729A EP81108729A EP0062103A1 EP 0062103 A1 EP0062103 A1 EP 0062103A1 EP 81108729 A EP81108729 A EP 81108729A EP 81108729 A EP81108729 A EP 81108729A EP 0062103 A1 EP0062103 A1 EP 0062103A1
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EP
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prism
angle
coupling
waveguide
linbo
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EP81108729A
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Franz Dr. Ph. D. Dipl.-Ing. Auracher
Rudolf Dr. Dipl.-Ing. Keil
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/34—Optical coupling means utilising prism or grating

Definitions

  • the present invention relates to a prism coupler for coupling and / or coupling radiation into or out of an optical waveguide according to the preamble of claim 1.
  • the coupling angle ⁇ is generally temperature-dependent.
  • the object of the present invention is to generally show how the coupling angle can be made independent of temperature in a prism coupler of the type mentioned at the beginning.
  • 1 denotes a substrate made of LiNbO 3 , into which a planar waveguide 11 is diffused or otherwise introduced on a surface 10.
  • the planar waveguide 11 has an effective refractive index n eff .
  • a single prism 2 is placed on the waveguide 11 with a base surface 21 and has a coupling surface 22 which is at a prism angle r to the base surface 21.
  • the coupling surface 22 is to be supplied with the radiation to be coupled in, represented by the beam 23, in a direction R, which includes a certain coupling angle with the surface normal N of the coupling surface 22, or the coupled-out radiation is emitted from the coupling surface 22 in the opposite direction to the mentioned direction R. .
  • n p means the refractive index of the prism material and this refractive index must be greater than the effective refractive index n eff of the light mode guided in the waveguide 11.
  • the coupling angle ⁇ is generally temperature-dependent because n and n eff are temperature-dependent and a change in n p and n eff with temperature is included in equation (1).
  • T O is a predetermined temperature, for example the ambient temperature, n po and n effo the refractive index or effective refractive index of the prism or waveguide at the temperature T O
  • the condition for a temperature-independent light coupling can be determined after inserting equations (2) in equation (1). If the quadratic temperature elements T 2 are neglected: being the constraint is to be fulfilled.
  • equation (3) and inequality (4) determine a range of possible values of n po and ap, for which the coupling angle ⁇ is independent of temperature.
  • the hatched area delimited by this curve in FIG. 3 is the area of possible values of n po and ap, at which the coupling angle ⁇ is independent of the temperature.
  • a material for the prism is freely selected, in which the sizes n po and a p have possible values at the preselected temperature T o , then the corresponding prism angle ⁇ from equation (3) and then from Glei chung (1) determine the associated coupling angle ⁇ .
  • a prism made of such a material and provided with such a prism angle compensates for the temperature response of the refractive index n eff of the specific waveguide at least to a first approximation.
  • a prism coupler with prism materials unsuitable for individual prisms, in the special case mentioned with LiNb0 3 and rutile, in which the coupling angle ⁇ is temperature-independent.
  • a prism composed of two or more prisms made of different materials is used.
  • FIG. 4 A corresponding arrangement is shown in FIG. 4.
  • a prism 5 made of another material is placed in front of a LiNb0 3 prism with a base surface 41 on the waveguide 11 with a prism angle ⁇ 'between the base surface 41 and a coupling surface 42.
  • This front prism 5 is also with a base surface 51 placed on the waveguide 11 and has a surface facing away from the prism 4 made of LiNb0 3 coupling surface 52, the ⁇ with the base surface 51 has a prism angle of the header 5 includes rismas p.
  • Another coupling surface of the attachment prism lies opposite the coupling surface 42 of the prism 4 and is in flat contact with it.
  • n p and ap refer to the prism 4 from LiNb0 3 and n eff and a s to the waveguide 11 and are defined by equations (2). If one inserts the right side of the above-mentioned equation for n v and the right side of equations (2) into equation (5) and again neglects the quadratic terms T 2 , the equations are obtained for a temperature-independent coupling angle ⁇ with the constraint
  • equations (6) and (7) do not provide solutions for an attachment prism with the parameters of optical glasses, where n vo is approximately between 1.4 and 1.8 and a v are approximately between -10- 5 1 / grad and 10 -5 1 / grad (see for example optics catalog 3050/66, Jenaer Glaswerke Schott).
  • n vo is approximately between 1, 4 and 1.7 and av is approximately between - 2x 10 -4 1 / grad and - 10 -4 1 / grad (see for example "Optical Constants "Vol. II / 8).
  • Polystyrene has proven to be a suitable plastic for an attachment prism 5 for a prism 4 made of LiNbO 3 .
  • T o 20 ° C
  • FIG. 5 shows a diagram for the prism combination shown in FIG. 4, from which in each case three angles, a coupling angle ⁇ , a prism angle ⁇ of the attachment prism made of polystyrene and a prism angle ⁇ ′ of the prism 4 made of LiNbO 3 can be found, from which the Coupling angle ⁇ is independent of temperature.
  • Other optical plastics suitable for an auxiliary prism Examples include acrylic glass (PMMA) and polycarbonate.

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Abstract

Bei Prismenkopplern zur Einkopplung (Auskopplung) von Licht in einen (aus einem) optischen Schichtwellenleiter (11) ist der Einkoppelwinkel (Auskoppelwinkel) in der Regel temperaturabhängig. Diese Temperaturabhängigkeit soll beseitigt werden. Diese geschieht durch geschickte Wahl des Prismenwinkels und des Prismenmaterials bzw. mit einer Kombination von zwei Prismen (4, 5), durch die erreicht wird, daß der Temperaturgang des Brechungsindex (neffo) des Wellenleiters (11) durch einen entsprechenden Temperaturgang im Prisma (2) oder der Kombination aus zwei Prismen (4, 5) kompensiert wird. Für einen Schichtwellenleiter in LiNbO3 kann eine geeignete Prismenkombination wie folgt gewählt werden:

  • Ein Prisma (4) besteht aus LiNbO3 und weist einen Prismenwinkel y'= 89,2° auf.
  • Ein Vorsatzprisma (5) besteht aus Polystyrol und weist einen Prismenwinkel β = 36,4° auf.
    Figure imgaf001
In the case of prism couplers for coupling (coupling out) light into (from an) optical layer waveguide (11), the coupling angle (coupling angle) is generally temperature-dependent. This temperature dependency should be eliminated. This is done by skillful choice of the prism angle and the prism material or with a combination of two prisms (4, 5), which ensures that the temperature response of the refractive index (n effo ) of the waveguide (11) is achieved by a corresponding temperature response in the prism ( 2) or the combination of two prisms (4, 5) is compensated. A suitable prism combination can be selected as follows for a layer waveguide in LiNbO 3 :
  • A prism (4) consists of LiNbO 3 and has a prism angle y '= 89.2 °.
  • An attachment prism (5) consists of polystyrene and has a prism angle β = 36.4 °.
    Figure imgaf001

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Prismenkoppler zur Ein- und/oder Auskopplüng von Strahlung in oder aus einem optischen Wellenleiter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a prism coupler for coupling and / or coupling radiation into or out of an optical waveguide according to the preamble of claim 1.

Bei der Ein- oder Auskopplung von Licht in bzw. aus optischen Wellenleitern mittels eines Prismas ist der Koppelwinkel α in der Regel temperaturabhängig.When light is coupled in or out of optical waveguides by means of a prism, the coupling angle α is generally temperature-dependent.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, generell aufzuzeigen, wie bei einem Prismenkoppler der eingangs genannten Art der Koppelwinkel temperaturunabhängig gemacht werden kann.The object of the present invention is to generally show how the coupling angle can be made independent of temperature in a prism coupler of the type mentioned at the beginning.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the features specified in the characterizing part of patent claim 1.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den Ansprüchen 2 und 3 hervor.Preferred and advantageous embodiments of the invention emerge from claims 2 and 3.

Die Erfindung wird anhand der Figuren in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Von den Figuren zeigen:

  • Figur 1 in schematischer Darstellung einen axialen Schnitt durch einen aus einem Einzelprisma bestehenden Prismenkoppler, der auf einen Wellenleiter aufgesetzt ist,
  • Figur 2 in einem Diagramm einen Bereich.geeigneter Werte des Brechungsindex npund des Temperaturkoeffizienten a eines Prismas zur Lichtein-Ed 1 Sti/24.3.81 kopplung in einen LiNbO3-Wellenleiter, bei denen der Koppelwinkel α temperaturunabhängig ist,
  • Figur 3 in schematischer Darstellung einen axialen Schnitt durch einen Prismenkoppler aus einem auf einen Wellenleiter aufgesetzten zusammengesetzten Prisma, das aus zwei unterschiedlichen Materialien bestehenden Prismen besteht und
  • Figur 4 ein Diagramm, in dem der funktionelle Zusammenhang zwischen dem Koppelwinkel und Prismenwinkeln. der Einzelprismen des in Figur 3 dargestellten Prismenkopplers für temperaturunabhängigen Koppelwinkel α für einen Wellenleiter in LiNb03 und ein aus einem Prisma aus LiNb03 und einem Vorsatzprisma aus Polystyrol zusammengesetzten Prisma grafisch dargestellt ist.
The invention is explained in more detail with reference to the figures in the following description. From the figures show:
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an axial section through a prism coupler consisting of a single prism, which is placed on a waveguide,
  • Figure 2 in a diagram a range. Suitable values of the refractive index np and the temperature coefficient a of a prism for light-Ed 1 Sti / 24.3.81 coupling in a LiNbO 3 waveguide, in which the coupling angle α is temperature-independent,
  • Figure 3 shows a schematic representation of an axial section through a prism coupler from a prism placed on a waveguide, which prism consists of two different materials and
  • Figure 4 is a diagram showing the functional relationship between the coupling angle and prism angles. the individual prisms of the prism coupler shown in FIG. 3 for temperature-independent coupling angle α for a waveguide in LiNb0 3 and a prism composed of a prism made of LiNb0 3 and an attachment prism made of polystyrene is shown graphically.

In der Figur 1 ist mit 1 ein Substrat aus LiNbO3 bezeichnet, in das an einer Oberfläche 10 ein planarer Wellenleiter 11 eindiffundiert oder anderweitig eingebracht ist. Der planare Wellenleiter 11 weist einen effektiven Brechungsindex neff auf.In FIG. 1, 1 denotes a substrate made of LiNbO 3 , into which a planar waveguide 11 is diffused or otherwise introduced on a surface 10. The planar waveguide 11 has an effective refractive index n eff .

Auf den Wellenleiter 11 ist mit einer Basisfläche 21 ein Einzelprisma 2 aufgesetzt, das eine in einem Prismenwinkel r zur Basisfläche 21 stehende Koppelfläche 22 aufweist. Der Koppelfläche 22 ist die einzukoppelnde Strahlung, repräsentiert durch den Strahl 23, in einer Richtung R zuzuführen, die mit der Flächennormalen N der Koppelfläche 22 einen bestimmten Koppelwinkel einschließt, oder die ausgekoppelte Strahlung wird entgegengesetzt zu der genannten Richtung R von der.Koppelfläche 22 abgestrahlt.A single prism 2 is placed on the waveguide 11 with a base surface 21 and has a coupling surface 22 which is at a prism angle r to the base surface 21. The coupling surface 22 is to be supplied with the radiation to be coupled in, represented by the beam 23, in a direction R, which includes a certain coupling angle with the surface normal N of the coupling surface 22, or the coupled-out radiation is emitted from the coupling surface 22 in the opposite direction to the mentioned direction R. .

Die Einkopplung erfolgt nur unter dem bestimmten Koppelwinkel α, der durch die Gleichung

Figure imgb0001
bestimmt ist. In dieser Gleichung bedeutet np den Brechungsindex des Prismenmaterials und dieser Brechungsindex muß größer sein als der effektive Brechungsindex neff des im Wellenleiter 11 geführten Lichtmodes.The coupling takes place only at the specific coupling angle α, which is given by the equation
Figure imgb0001
 is determined. In this equation, n p means the refractive index of the prism material and this refractive index must be greater than the effective refractive index n eff of the light mode guided in the waveguide 11.

Der Koppelwinkel α ist in der Regel temperaturabhängig, weil n und neff temperaturabhängig sind und eine Änderung von np und neff mit der Temperatur in die Gleichung (1) eingeht. Dabei gilt im interessanten Temperaturbereich von - 40°C bis 85°C in guter Näherung eine lineare Abhängigkeit für die genannten Brechungsindizes, d.h. es gilt

Figure imgb0002
wobei TO eine vorbestimmte Temperatur, beispielsweise die Umgebungstemperatur, npo und neffo den Brechungsindex bzw. effektiven Brechungsindex des Prismas bzw. Wellenleiters bei der Temperatur TO bedeuten, und ap = dnp/dT/T = TO bzw. as = dneff/dT/T =To, also dia Differentialquotienten der beiden Brechungsindizes np bzw. neff nach der Temperatur bei der bestimmten Temperatur TO bedeuten.The coupling angle α is generally temperature-dependent because n and n eff are temperature-dependent and a change in n p and n eff with temperature is included in equation (1). In the interesting temperature range from - 40 ° C to 85 ° C there is a good approximation of a linear dependency for the refractive indices mentioned, ie it applies
Figure imgb0002
 where T O is a predetermined temperature, for example the ambient temperature, n po and n effo the refractive index or effective refractive index of the prism or waveguide at the temperature T O , and ap = dnp / dT / T = T O or a s = dn eff / dT / T = T o , ie the differential quotient of the two refractive indices np and n eff after the temperature at the specific temperature T O.

Die Bedingung für eine temperaturunabhängige Lichteinkopplung kann nach Einsetzen der Gleichungen (2) in Gleichung(1) ermittelt werden. Bei Vernachlässigung der quadratischen Temperaturglieder T2 ergibt sich:

Figure imgb0003
wobei noch die Nebenbedingung
Figure imgb0004
zu erfüllen ist.The condition for a temperature-independent light coupling can be determined after inserting equations (2) in equation (1). If the quadratic temperature elements T 2 are neglected:
Figure imgb0003
 being the constraint
Figure imgb0004
 is to be fulfilled.

Bei vorgewählten Werten von neffo und as bestimmen die Gleichung (3) und die Ungleichung (4) einen Bereich von möglichen Werten von npo und ap, bei denen der Koppelwinkel α temperaturunabhängig ist. Dieser Bereich ist durch eine Kurve ap = f(np) begrenzt, die sich aus der Gleichung (3) und der Gleichung

Figure imgb0005
bestimmt. In der Figur 3 sind in einem Diagramm die Kurve ap = f(np) für einen bestimmten Diffusionswellenleiter 11 in LiNbO3 dargestellt, für den neffo = 2,201, as = 5,45 x 10-5 1/grad bei λo = 633 nm gilt und wobei eine Temperatur To = 20°C angenommen ist. Der von dieser Kurve begrenzte schraffierte Bereich in Figur 3 ist der Bereich möglicher Werte von npo und ap, bei denen der Koppelwinkel α temperaturunabhängig ist.For preselected values of n effo and a s , equation (3) and inequality (4) determine a range of possible values of n po and ap, for which the coupling angle α is independent of temperature. This range is limited by a curve ap = f (n p ), which results from equation (3) and the equation
Figure imgb0005
 certainly. In FIG. 3, the curve ap = f (np) for a specific diffusion waveguide 11 in LiNbO 3 is shown in a diagram, for which n effo = 2.201, a s = 5.45 x 10 -5 1 / degree at λ o = 633 nm applies and a temperature T o = 20 ° C is assumed. The hatched area delimited by this curve in FIG. 3 is the area of possible values of n po and ap, at which the coupling angle α is independent of the temperature.

Hat man bei vorgewähltem Wellenleiter, also bei vorgegebenem neffo und as bei der vorgewählten Temperatur T0 ein Material für das Prisma frei ausgewählt, bei dem bei der vorgewählten Temperatur To die Größen npo und ap mögliche Werte aufweisen, so lassen sich aus der Gleichung (3) der zugehörige Prismenwinkel δ und dann aus Gleichung (1) der zugehörige Koppelwinkel α bestimmen. Ein aus einem solchen Material gefertigtes und mit einem solchen Prismenwinkel versehenes Prisma kompensiert den Temperaturgang des Brechungsindex neff des bestimmten Wellenleiters wenigstens in erster Näherung.If, with a preselected waveguide, i.e. with a given n effo and a s at the preselected temperature T 0, a material for the prism is freely selected, in which the sizes n po and a p have possible values at the preselected temperature T o , then the corresponding prism angle δ from equation (3) and then from Glei chung (1) determine the associated coupling angle α. A prism made of such a material and provided with such a prism angle compensates for the temperature response of the refractive index n eff of the specific waveguide at least to a first approximation.

Aus der Figur 3 läßt sich sehr leicht entnehmen, daß für Diffusionswellenleiter in LiNb03 weder mit einem Prisma aus LiNb0 3 (npo = 2,291 bei T0 = 20°C und a = 10-5 1/grad) noch mit einem Rutilprisma (ordentlicher Brechungsindex no = 2,586 und dno/dT = -3,5 x 10-5 1/grad; außerordentlicher Brechungsindex ne = 2,872 und dne/dT = - 8 x 10-51/grad (siehe zu den genannten Daten "Optische Konstanten" Bd. II/8)) eine temperaturunabhängige Einkopplung möglich ist, weil bei beiden Materialien die angegebenen Werte nicht in den schraffierten Bereich in Figur 3 fallen und damit keine möglichen Werte sind. Diese beiden häufig verwendeten Prismenmaterialien scheiden also in dem speziellen Fall aus und man müßte nach anderen geeigneten Materialien suchen.It can be seen very easily from FIG. 3 that for diffusion waveguides in LiNb0 3 neither with a prism made of LiNb0 3 (n po = 2.291 at T 0 = 20 ° C and a = 10 -5 1 / degree) nor with a rutile prism ( Ordinary refractive index n o = 2.586 and dn o / dT = -3.5 x 10 -5 1 / degree; extraordinary refractive index n e = 2.872 and dn e / dT = - 8 x 10 -5 1 / degree (see the above Data "Optical constants" Vol. II / 8)) a temperature-independent coupling is possible because the values given for both materials do not fall within the shaded area in FIG. 3 and are therefore not possible values. These two frequently used prism materials are therefore excluded in the special case and one would have to look for other suitable materials.

Man kann aber auch mit für Einzelprismen ungeeigneten Prismenmaterialien, im genannten speziellen Fall also mit LiNb03 und Rutil einen Prismenkoppler aufbauen, bei dem der Koppelwinkel α temperaturunabhängig ist. Dazu wird ein aus zwei oder mehreren aus unterschiedlichen Materialien bestehenden Prismen zusammengesetztes Prisma verwendet.However, one can also build a prism coupler with prism materials unsuitable for individual prisms, in the special case mentioned with LiNb0 3 and rutile, in which the coupling angle α is temperature-independent. For this purpose, a prism composed of two or more prisms made of different materials is used.

Eine entsprechende Anordnung ist in der Figur 4 dargestellt. Bei dieser Anordnung ist einem mit einer Basisfläche 41 auf den Wellenleiter 11 aufgesetzten Prisma aus LiNb03 mit einem Prismenwinkel δ' zwischen der Basisfläche 41 und einer Koppelfläche 42 ein Vorsatzprisma 5 aus einem anderen Material vorgesetzt.A corresponding arrangement is shown in FIG. 4. In this arrangement, a prism 5 made of another material is placed in front of a LiNb0 3 prism with a base surface 41 on the waveguide 11 with a prism angle δ 'between the base surface 41 and a coupling surface 42.

Dieses Vorsatzprisma 5 ist ebenfalls mit einer Basisfläche 51 auf den Wellenleiter 11 aufgesetzt und weist eine von dem Prisma 4 aus LiNb03 abgewandte Koppelfläche 52 auf, die mit der Basisfläche 51 einen Prismenwinkel β des Vorsatzprismas 5 einschließt. Eine weitere Koppelfläche des Vorsatzprismas liegt der Koppelfläche 42 des Prismas 4 gegenüber und steht in flächigem Kontakt mit dieser.This front prism 5 is also with a base surface 51 placed on the waveguide 11 and has a surface facing away from the prism 4 made of LiNb0 3 coupling surface 52, the β with the base surface 51 has a prism angle of the header 5 includes rismas p. Another coupling surface of the attachment prism lies opposite the coupling surface 42 of the prism 4 and is in flat contact with it.

Das Vorsatzprisma 5 weist einen Brechungsindex nv = nvo + av·ΔT auf, wobei nvo den Brechungsindex bei der vorgewählten Temperatur To und av = dnv/dT/T=To bedeuten.The front prism 5 has a refractive index n v = n vo + a v · ΔT, where n vo means the refractive index at the preselected temperature T o and a v = dn v / dT / T = To .

Für den auf die Flächennormale N' der Koppelfläche 52 des Vorsatzprismas 5 bezogenen Koppelwinkel α gilt dann:

Figure imgb0006
wobei np und ap sich auf das Prisma 4 aus LiNb03 und neff und as auf den Wellenleiter.11 beziehen und durch die Gleichungen (2) definiert sind. Setzt man die rechte Seite der vorstehend angegebenen Gleichung für nv und die rechten Seiten der Gleichungen (2) in die Gleichung (5) ein und vernachlässigt wieder die quadratischen Glieder T2, so erhält man für einen temperaturunabhängigen Koppelwinkel α die Gleichungen
Figure imgb0007
Figure imgb0008
mit der Nebenbedingung
Figure imgb0009
 The following then applies to the coupling angle α relating to the surface normal N 'of the coupling surface 52 of the front prism 5:
Figure imgb0006
 where n p and ap refer to the prism 4 from LiNb0 3 and n eff and a s to the waveguide 11 and are defined by equations (2). If one inserts the right side of the above-mentioned equation for n v and the right side of equations (2) into equation (5) and again neglects the quadratic terms T 2 , the equations are obtained for a temperature-independent coupling angle α
Figure imgb0007
Figure imgb0008
 with the constraint
Figure imgb0009

Für die genannte Kombination Diffusionswellenleiter in LiNb03, aufgesetztes Prisma aus LiNb03 und Vorsatzprisma aus einem anderen Material erhält man aus den Gleichungen (6) und (7) keine Lösungen für ein Vorsatzprisma mit den Parametern von optischen Gläsern, bei denen nvo etwa zwischen 1,4 und 1,8 und av etwa zwischen -10-5 1/grad und 10-5 1/grad liegen (siehe beispielsweise Optik Katalog 3050/66, Jenaer Glaswerke Schott).For the combination of diffusion waveguide in LiNb0 3 , prism made of LiNb0 3 and attachment prism made of another material, equations (6) and (7) do not provide solutions for an attachment prism with the parameters of optical glasses, where n vo is approximately between 1.4 and 1.8 and a v are approximately between -10- 5 1 / grad and 10 -5 1 / grad (see for example optics catalog 3050/66, Jenaer Glaswerke Schott).

Es existieren jedoch Lösungen für Vorsatzprismen aus optischen Kunststoffen, bei denen nvo etwa zwischen 1, 4 und 1,7 und av etwa zwischen - 2x 10-4 1/grad und - 10-4 1/grad liegen (siehe beispielsweise "Optische Konstanten" Bd. II/8).However, there are solutions for prisms made of optical plastics, in which n vo is approximately between 1, 4 and 1.7 and av is approximately between - 2x 10 -4 1 / grad and - 10 -4 1 / grad (see for example "Optical Constants "Vol. II / 8).

Als ein geeigneter Kunststoff für ein Vorsatzprisma 5 für ein Prisma 4 aus LiNbO3 hat sich Polystyrol erwiesen. Bei einer Temperatur To = 20°C gilt für Polystyrol nvo = 1,59 und av = - 1,66 x 10- 1/grad (siehe beispielsweise "Optische Konstanten" Bd. II/8).Polystyrene has proven to be a suitable plastic for an attachment prism 5 for a prism 4 made of LiNbO 3 . At a temperature T o = 20 ° C, the following applies to polystyrene n vo = 1 , 59 and a v = - 1.66 x 10- 1 / grad (see for example "Optical constants" Vol. II / 8).

In der Figur 5 ist ein Diagramm für die in Figur 4 dargestellte Prismenkombination dargestellt, aus dem jeweils drei Winkel, ein Koppelwinkel α, ein Prismenwinkel β des Vorsatzprismas aus Polystyrol und ein Prismenwinkel δ' des Prismas 4 aus LiNbO3 entnehmbar sind, bei denen der Koppelwinkel α temperaturunabhängig ist.FIG. 5 shows a diagram for the prism combination shown in FIG. 4, from which in each case three angles, a coupling angle α, a prism angle β of the attachment prism made of polystyrene and a prism angle δ ′ of the prism 4 made of LiNbO 3 can be found, from which the Coupling angle α is independent of temperature.

Für eine Prismenkcmbination mit temperaturunabhängigem Koppelwinkel α , bei dem die Strahlrichtung der ein-oder auszukoppelnden Strahlung axial zum Wellenleiter 11 ist, weist das Prisma 4 aus LiNb03 einen Prismenwinkel y ' = 89,20 und das Vorsatzprisma aus Polystyrol einen Prismenwinkel β = 36,40 auf. Weitere für ein Vorsatzprisma geeignete optische Kunststoffe sind beispielsweise Acrylglas (PMMA) und Polycarbonat.For a prism combination with a temperature-independent coupling angle α, in which the beam direction of the radiation to be coupled in or out is axial to the waveguide 11, the prism 4 made of LiNb0 3 has a prism angle y '= 89.2 0 and the attachment prism made of polystyrene has a prism angle β = 36 , 4 0 on. Other optical plastics suitable for an auxiliary prism Examples include acrylic glass (PMMA) and polycarbonate.

Claims (3)

1. Prismenkoppler zur Ein- und/oder Auskopplung von Strahlung in bzw. aus einem optischen Wellenleiter (11), bestehend aus einem Prisma (2; 4 mit 5),das mit einer Basisfläche (21; 41 mit 51) auf den Wellenleiter (11) aufgesetzt ist, und das eine in einem Prismenwinkel (δ ;β) zur Basisfläche stehende Koppelfläche (22; 52) aufweist, welcher die einzukoppelnde bzw. von welcher die auszukoppelnde Strahlung in einer mit der Flächennormalen (N; N') der Koppelfläche (22;.52) einen durch Prismenwinkel (y; β, δ') und Brechundindizes (np, nv, neff) von Prisma (2; 4 mit 5) und Wellenleiter (11) eindeutig bestimmten Koppelwinkel (α) einschließenden Richtung (R) zuzuführen ist bzw. abgestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet , daß Prismenwinkel (δ) und Prismenmaterial so ausgewählt sind, daß ein Temperaturgang des Brechungsindex (np) des Prismas (2) und ein Temperaturgang des Brechungsindex (neff) des Wellenleiters (11) sich kompensieren, oder daß das Prisma (4 mit 5) aus zwei oder mehreren Prismen (4, 5) aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt ist und die Prismenmaterialien und Prismenwinkel (β,δ') dieser mehreren Prismen (4, 5) so gewählt sind, daß der Temperaturgang des Brechungsindex (neff) des Wellenleiters (11) durch das zusammengesetzte Prisma (4 mit 5) kompensiert wird.1. prism coupler for coupling and / or coupling out radiation into or from an optical waveguide (11), consisting of a prism (2; 4 with 5), which has a base surface (21; 41 with 51) on the waveguide ( 11), and which has a coupling surface (22; 52) which is at a prism angle (δ; β) to the base surface and which has the radiation to be coupled in or from which the radiation to be coupled out in one with the surface normal (N; N ') of the coupling surface (22; .52) includes a coupling angle (α) which is uniquely determined by prism angle (y; β, δ ') and refractive indices (n p , n v , n eff ) of prism (2; 4 with 5) and waveguide (11) Direction (R) is to be supplied or emitted, characterized in that prism angle (δ) and prism material are selected such that a temperature response of the refractive index (np) of the prism (2) and a temperature response of the refractive index (n eff ) of the waveguide ( 11) compensate each other, or that the prism (4 with 5) from two or more Pr isms (4, 5) is composed of different materials and the prism materials and prism angles (β, δ ') of these several prisms (4, 5) are selected so that the temperature response of the refractive index (neff) of the waveguide (11) through the composite Prism (4 with 5) is compensated. 2. Prismenkoppler nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch einen in ein Substrat (1) aus LiNb03 durch Dotierung des Substrats erzeugten planaren Wellenleiter (11) auf den ein zusammengesetztes Prisma (4 mit 5) aufgesetzt ist, das aus einem Prisma (4) aus LiNbO3 oder Rutil und aus einem Prisma (5) aus Polystyrol, Acrylglas oder Polycarbonat zusammengesetzt ist.2. prism coupler according to claim 1 characterized by a in a substrate (1) made of LiNb0 3 by doping the substrate planar waveguide (11) on which a composite prism (4 with 5) is placed, which consists of a prism (4) made of LiNbO 3 or rutile and composed of a prism (5) made of polystyrene, acrylic glass or polycarbonate. 3. Prismenkoppler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Substrat (1) und eines (4) der beiden Prismen (4, 5) des zusammengesetzten Prismas aus LiNbO3 bestehen, daß das andere Prisma (5) aus Polystyrol besteht, daß jedes der beiden Prismen mit einer Basisfläche (41 bzw. 51) auf den Wellenleiter (11) aufgesetzt ist und eine in einem Prismenwinkel (δ' bzw. β) zur Basisfläche 41 bzw. 51) stehende Koppelfläche (42 bzw. 52) aufweist, daß das Prisma (5) aus Polystyrol eine weitere Koppelfläche (53) aufweist, welche die Koppelfläche (42) des Prismas (4) aus LiNbO3 flächig berührt, und daß der Prismenwinkel ( δ') des Prismas (4) aus LiNb03 und der Prismenwinkel (β) des Prismas (5) aus Polystyrol sich aus der Gleichung
Figure imgb0010
und der Ungleichung
Figure imgb0011
errechnen, wobei die Koppelfläche (52) des Prismas (5) aus Polystyrol die Koppelfläche des zusammengesetzten Prismas bildet.3. prism coupler according to claim 2, characterized in that the substrate (1) and one (4) of the two prisms (4, 5) of the composite prism consist of LiNbO 3 , that the other prism (5) consists of polystyrene that each of the two prisms with a base surface (41 or 51) is placed on the waveguide (11) and has a coupling surface (42 or 52) at a prism angle (δ 'or β) to the base surface 41 or 51) that the prism (5) made of polystyrene has a further coupling surface (53) which contacts the coupling surface (42) of the prism (4) made of LiNbO 3 , and that the prism angle (δ ') of the prism (4) made of LiNbO 3 and the Prism angle (β) of the prism (5) made of polystyrene can be derived from the equation
Figure imgb0010
 and inequality
Figure imgb0011
 calculate, the coupling surface (52) of the prism (5) made of polystyrene forms the coupling surface of the assembled prism.
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